البصريات اللاخطية والكمومية
تتناول البصريات اللاخطية استجابة المادة للضوء الشديد، بينما تتناول البصريات الكمومية الطبيعة الكمومية المنفصلة للضوء؛ وهما معًا يحكمان علم الفوتونيات الحديث.
Definition
الدراسة المجمعة للاستجابة البصرية اللاخطية للمادة للضوء الشديد والخصائص الكمومية غير الكلاسيكية للمجال الكهرومغناطيسي وتفاعله مع المادة.
Scope
يجمع هذا المجال بين فرعين متقدمين مترابطين من فروع البصريات. تدرس البصريات اللاخطية كيفية استجابة استقطاب الوسط بشكل لاخطي للمجالات البصرية القوية، مما ينتج عنه تأثيرات مثل توليد التوافقيات، وخلط الترددات، والانكسار المعتمد على الشدة، وهي تأثيرات غائبة عند الشدة المنخفضة. تدرس البصريات الكمومية المجال الكهرومغناطيسي المكمم، والفوتون، والحالات غير الكلاسيكية للضوء، إلى جانب الطبيعة الكمومية لتفاعل الضوء والمادة. يغطي هذا المجال القابليات اللاخطية من الرتبة الثانية والثالثة والعمليات التي تمكنها، وأجهزة التحويل البارامتري والترددي، وإحصائيات الفوتونات، والضوء المضغوط والمتشابك، والمعالجة الكمومية للانبعاث والامتصاص. ويوفر الفيزياء الكامنة وراء تحويل تردد الليزر، والمعلومات الكمومية، والقياس الدقيق.
Sub-topics
Core questions
- كيف تصبح الاستجابة البصرية للوسط لاخطية عند الشدة العالية؟
- كيف يمكن للضوء بتردد واحد أن يولد ضوءًا بترددات جديدة؟
- ماذا يعني التعامل مع الضوء كفوتونات مكممة؟
- كيف تختلف حالات الضوء غير الكلاسيكية عن الضوء العادي؟
Key concepts
- القابلية اللاخطية
- توليد التوافقيات الثانية
- العمليات البارامترية
- مطابقة الطور
- الفوتون
- الحالات المتماسكة والمضغوطة
- إحصائيات الفوتونات
- الفوتونات المتشابكة
Key theories
- القابلية البصرية اللاخطية
- عند الشدة العالية، يحتوي الاستقطاب المستحث لوسط ما على حدود تتناسب مع قوى أعلى للمجال، مع قابلية من الرتبة الثانية والثالثة تؤدي إلى توليد التوافقيات، وخلط الترددات، والانكسار المعتمد على الشدة.
- تكميم المجال الكهرومغناطيسي
- إن التعامل مع كل نمط من أنماط المجال كمتذبذب توافقي كمومي ينتج عنه فوتونات وتسلسل هرمي للحالات، بما في ذلك الحالات المتماسكة، وحالات العدد، والحالات المضغوطة، والحالات المتشابكة التي لا يوجد لها نظير كلاسيكي.
Clinical relevance
تمكن العمليات البصرية اللاخطية من التصوير المجهري متعدد الفوتونات والتوافقيات الثانية الذي يصور الأنسجة الحية بتباين جوهري واختراق عميق، وتوفر الأطوال الموجية الخضراء وغيرها من الليزرات الجراحية والعيونية المحولة التردد؛ وتعد الطرق البصرية الكمومية بزيادة حساسية التصوير والاستشعار.
History
بدأت البصريات اللاخطية في عام 1961 عندما لاحظ فرانكن وزملاؤه توليد التوافقيات الثانية بعد وقت قصير من توفر الليزر للضوء المتماسك الشديد، وطور بلومبرجن إطارها النظري. بالتوازي، أرست تجارب هانبري براون وتويز في الخمسينيات ونظرية غلوبر الكمومية للتماسك البصري في عام 1963 أسس البصريات الكمومية.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Peter Franken
- Roy J. Glauber
- Robert Hanbury Brown
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- loudon2000
Frequently asked questions
- لماذا تتطلب التأثيرات اللاخطية ليزرًا؟
- تزداد الاستجابات اللاخطية مع قوة المجال وتكون مهملة عند الشدات اليومية؛ فقط المجالات الشديدة والمتماسكة لليزر تدفع حدود الاستقطاب من الرتبة الأعلى بقوة كافية لملاحظة تأثيرات مثل توليد التوافقيات.
- ما هو الفوتون في البصريات الكمومية؟
- الفوتون هو كم واحد من الإثارة لنمط من أنماط المجال الكهرومغناطيسي؛ تصف البصريات الكمومية الضوء من حيث هذه الكميات والحالات الخاصة التي يمكن أن تشكلها، والتي لا يمكن للبصريات الموجية الكلاسيكية التقاطها.